CH298287A - An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem zur Erzeugung eines Ladungsträgerstrahles. - Google Patents

Description

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 An    Potentialeinstellmittel   angeschlossenes    Elektrodensystem   zur    Erzeugung      eines      Ladungsträgerstrahles.   Als    Strahlerzeugungssystem   für    Elektro-      nenstrahIgeräte,   insbesondere für Elektronenmikroskope, verwendet man in der Regel ein    aus      Glühkathode,      Wehnelt-Zylinder   und Anode bestehendes    Triodensystem.   Bei der mit.    Wehnelt-Zylinder   versehenen Elektrode sind ihre intensitätssteuernde sowie ihre elektronenoptische    Wirksamkeit   eng miteinander gekoppelt.

   Die    Intensitätssteuerung   wird im wesentlichen durch Begrenzung der zum Emissionsstrom beitragenden Gebiete der Kathode erreicht. Gleichzeitig bedeutet eine    Einengung   dieses Bereiches eine Verringerung des    Strahlquerschnittes.   Das gleiche gilt für Geräte, die mit positiven    Ladungsträgern   arbeiten. 



  Ein derartiges bekanntes und bisher    ge-      brä.nehliches   System    stellt      elektronenoptisch   ein sehr    kurzbrennweitiges      Immersionssystem   dar. Die aus der    Raumladungszone   austretenden, noch sehr langsamen Elektronen werden durch ein stark sammelndes    elektrisches   Feld in unmittelbarer Nähe des Systems in einem Brennfleck fokussiert, aus welchem der gebildete Elektronenstrahl mit verhältnismässig    starkerDivergenzaustritt.   Dadurch ist.

   in vielen    praktischen   Fällen die    Stromdichte   des Elektronenstrahls auf einem    züi   bestrahlenden Objekt, welches in    gewisser   Entfernung von der Kathode    angeordnet   ist, schon so stark abgesunken, dass man zur    Verbesserung   der Ob-    jektbestrahlung   einen    Kondensor   verwenden muss. 



  Die vorliegende Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. 



  Gegenstand der Erfindung ist ein an    Potentialeinstellmittel      angeschlossenes      Elek-      trodensystem   zur Erzeugung eines    Ladungs-      trägerstrahls   mit einer Emissionselektrode, einem dieselbe    umgebenden   Steuerelektrodengebilde und einer    Beschleunigungselektrode.      Dasselbe   zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch    aus,   dass zwischen der    Emissionselek-      trode   und dem    Steuerelektrodengebilde   in unmittelbarer Nähe der    Emissionselektrode   ein in Strahlrichtung stark vorgewölbtes    Hilfs-      elektrodengebilde   vorgesehen.

   ist, dessen mittleres Potential gegenüber der Emissionselektrode das gleiche Vorzeichen besitzt wie die emittierten Ladungsträger, so dass nur ein aus dem    Hilfselektrodengebilde   in Strahlrichtung vorragender Teil der Emissionselektrode    Ladungsträger   emittiert. Durch geeignete Einstellung des mittleren Potentials des    Hilfselektrodengebildes   und desjenigen des    Stenerelektrodengebildes   kann die gewünschte    Pokussiei-ting   erreicht    werden.   



  Die    Emissionselektrode   kann Elektronen oder positiv geladene    Materialteilchen,   also Ionen emittieren. 



  Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung    besteht   darin, dass eine einzige, die 

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    Emissionselektrode   in ihrem hintern Teil umgebende, kegelförmige Hilfselektrode vorgesehen    ist.      Eine   weitere    Ausführungsform   besteht darin, dass .das    Hilfselektrodengebilde   unterteilt ist, und dass ferner Mittel vorgesehen sind, um dessen einzelnen Teilen Potentiale verschiedener Grössen, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger    zuzuführen.   Ebenfalls vorteilhaft ist es, das    Steuerelektrodengebilde      zu   unterteilen, wobei hier ebenfalls Mittel vorgesehen sind, um dessen einzelnen Teilen Spannungen verschiedener Grösse,

   jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der    emittierten   Ladungsträger zuzuführen. Dabei können die Mittel zum    Einstellen   der Potentiale für das    Steuerelektrodengebilde   oder deren Teile und der Potentiale für das    Hilfselektrodengebilde   oder deren Teile    mechanisch      und   elektrisch unabhängig voneinander sein. 



  Eine Möglichkeit, dem    Steuerelektro-      dengebilde   und dem    Hilfselektrodengebilde   voneinander unabhängige Potentiale zuzuführen, besteht, darin, der Hauptbetriebsspannung einen Widerstand parallel zu schalten und das oder die Potentiale für das Steuerelektrodengebilde und für das    Hilfselektro-      dengebilde   von mindestens zu Teilen des    Parallelwiderstandes      parallel   geschalteten    hochohmigen      Potentiometern   abzugreifen. 



  Soweit    ungewollte   Änderungen der Apertur des    Ladungsträgerstrahls   bei Änderung von dessen Intensität auftreten würden, können diese vorteilhaft durch elektrische oder mechanische Kopplung der Mittel zum Einstellen der Potentiale kompensiert werden, so dass die    Apertu.r      konstant   bleibt. Diese Kopplung kann auch aus einer gemischten elektrischen    und   mechanischen Kopplung bestehen und mittelbar oder unmittelbar sein. 



  Das    Elektrodensystem   kann auch zur Erzeugung von bandförmigen, hohlkegelförmigen und    holzylinderförmigen   Elektronenstrahlen    ausgebildet   werden, indem man die    Emissionselektrode   in zahlreiche kleine Elemente geringer Dicke unterteilt -und dieselben auf einer Geraden oder einem Kreise, gege-    benenfalls   mit    zueinander   geneigter    Achsen-      richtung      entsprechend   der gewünschten    Form   des    Elektronenstrahls      aneinanderreiht.   



  Die    Fig.   1 bis 3 zeigen in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiele des    Elektrodensystems   gemäss der Erfindung mit einer Elektronen emittierende    Emissionselek-      trode,      Glas   heisst einer Glühkathode. 



  In    Fig.   1 ist. ein    Glühkathodendraht   1 innerhalb einer sie umgebenden,    derbekannten      Wehnelt-Elektrode   entsprechenden Steuerelektrode 2 gegenüber einer mit einem Loch    ver-      sehenen,   auf einer gegenüber dem Kathodendraht hohen positiven Spannung liegenden Anode 4 angeordnet.

   Die Elektronen des    strichpunktiert   gezeichneten Strahls 3 werden durch eine den hintern Teil der Kathode eng    umschliessende,   kegelförmige Elektrode 5, die gegenüber dem Kathodendraht negativ vorgespannt ist, gerade in dem Teil ihrer Bahn, in dem sie die geringste Geschwindigkeit aufweisen, stark    beeinflusst,   und zwar derart, dass der Überkreuzungspunkt in    Strahlrich-      'tung   weit hinter der Anode    .1   liegt. Ohne die Hilfselektrode 5 würde die Elektronenbahn entsprechend den punktiert. bezeichneten Linien verlaufen.

   Infolge ihres negativen Potentials verhindert. die Hilfselektrode 5 die    Elektronenemission   auf dem von ihr umschlossenen Teil der auf    Glühtemperatur   gebrachten Kathode 1, so dass nur der aus ihr hervorragende Teil der Kathode emittiert, wobei die Emission von der    Wehnelt-Elektrode   2 in ihrer Intensität gesteuert wird. Beide Elektroden 2 und 5 sind    rotationssymme-      trisch   und ungeteilt. Die Hilfselektrode 5 kann mit der    Wehnelt-Elektrode   2 auf dem gleichen Potential gehalten werden.

   In    Fig.   1 ist der Fall    dargestellt,      ,dass   die Hilfselektrode 5 und ihr Träger 6 von der    Wehnelt-Elektrode   isoliert ist, so dass ihre Potentiale unabhängig voneinander gesteuert. werden können. Eine    Schaltungsanordnung   hierfür    besteht   nach    Fig.   1 darin, dass die Potentiale der Hilfselektrode 5 und der    Wehnelt-Elektrode   2 in bezug auf die Kathode 1 von zwei    Potentio-      metern   7 und 8 abgegriffen werden. Der 

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 Stromkreis der in    üblicher      Weise   angeschlossenen Anode 4 des    Strahlerzeugungssystems   ist nicht weiter dargestellt.

   Parallel zur Hauptbetriebsspannung ist ein aus Teilwiderständen 9, 10, 11 und 12 gebildeter Widerstand geschaltet. Die    Potentiometer   7 und 8, die mindestens im Vergleich zu den zu ihnen parallel liegenden Teilwiderständen 9 und 10 sehr    hochohmig   sind,    liefern.   daher    gegenüber   der Kathode 1 veränderliche Regelspannungen für die    Wehnelt-Elektrode'2      und   die Hilfselektrode 5, die voneinander elektrisch entkoppelt sind. Mit 13 und 14 sind die    An-      schlüsse   an die im    übigen   nicht dargestellte    Hochspannungsanlage,   mit 15    und   16 die    Kathodenheizungsanschlüsse   bezeichnet. 



  Beim    Elektrodensystem   nach den    Fig.   2 (in Ansicht) und 3 (im Mittelschnitt) ist die    Wehnelt-Elektrode   in sechs    voneinander   isolierte Sektoren 2' und die Hilfselektrode in sechs    entsprechend-   voneinander isolierte Sektoren 5' unterteilt, an die j e verschiedene Potentiale gelegt seien. Eine elektrische    Potentiometerschaltung      hierfür   entspricht im Aufbau grundsätzlich derjenigen von    Fig.   1 und ist nicht im einzelnen dargestellt.

   Es ist aber ohne    weiteres   durchführbar, die verschiedenen Potentiale für die einzelnen Sektoren an weiteren Abgriffen der    Potentiometer   7 und 8    (Fig.   1) oder an gesonderten    Pot.entio-      metern   abzugreifen    und   zu regeln. 



  Die Potentialverhältnisse sind beispielsweise so gewählt, dass, wenn die Anode sich auf dem Potential Null befindet., das Wehnelt-Elektrodengebilde 2' und das    Hilfselek-      trodengebilde   5' im Mittel je auf Potentialen von -50,5    kV   und die Glühkathode 1 auf --50,0    kV   gehalten werden. Dabei können dann die Potentiale des    Wehnelt-   und des    Hilfselektrodengebildes      verschieden   geregelt werden. 



  Unterteilt man die    Elektrodengebilde,   etwa nach    Fig.   2 und 3 in Sektoren, und führt man diesen Sektoren verschiedene Potentiale zu, so    kann   man je nach der Wahl dieser Potentiale sowohl die Richtung des Elektronenstrahls    beeinflussen,      also   eine    Schwenkung      des   Strahls    vornehmen,   als auch die    Form   des Elektronenstrahls    zweckentspre-      chend   wählen, was beispielsweise bei Röntgenröhren von    Bedeutung   ist.

   Dabei können die an die    einzelnen   Teile des    Hilfselektroden-      gebildes   gelegten Potentiale derart. gewählt werden, dass durch eine zu einer senkrecht    zur      Strahlachse   stehenden Achse symmetrische Potentialverteilung ein Strahl mit länglichem,    vorzugsweise   bandförmigem Querschnitt gebildet wird. Atü diese    Weise   kann auch bei kreisrunder Emissionsfläche die Kathode einen Strahl erzeugen, der auf _ der' Antikathode der Röntgenröhre einen länglichen, vorzugsweise nahezu    strichförmigen      Brenn-      \Fleck   .erzeugt.

   Wendet man ein solches    Strahl-      erzeugungssystem      auf   eine Röntgenröhre an, deren    Antikathodenoberfläche   gegen eine zur Strahlrichtung    senkrechte   Ebene nur wenig geneigt ist, so kann die Potentialverteilung der Teile der Hilfselektrode so, gewählt werden, dass die Richtung der grössten    Erstrek-      kuung   des länglichen    Querschnittes   in der    die      Strahlachse   und die    Antikathodennormale   enthaltenden Ebene liegt.

   Die    Zeichenschärfe   einer solchen Röntgenröhre    ist   in derjenigen Richtung besonders gross, aus denen der längliche Brennfleck etwa kreisrund oder quadratisch    erscheint.   Man kann eine solche Röntgenröhre wegen der besseren    Wärmeableitung   des länglichen    Brennfleckes      bekanntlich   bei gleicher Zeichenschärfe weit höher belasten als eine Röntgenröhre    mit   kreisrundem oder' quadratischem    Brennfleck.   Das    Elektroden-      systein   gestattet also im Bedarfsfalle, zur Erhöhung der Strombelastbarkeit die Röhre anstatt mit    einem   runden, mit einem    länglichen,   vorzugsweise    strichförmigeri,

        Brennfleck   zu verwenden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem zur Erzeugung eines La- dungsträgerstrahls, mit einer Emissionselek- trode, einem dieselbe umgebenden.Steuerelek- trodengebilde und einer Beschleunigungselek- trode, dadurch gekennzeichnet,

   dass zwischen <Desc/Clms Page number 4> der Emissionselektrode und dem Stenerelek- trodengebilde in unmittelbarer Nähe der Emissionselektrode ein in Strahlrichtung stark vorgewölbtes Hilfselektrodengebilde vorgesehen ist, dessen mittleres Potential gegen- über der Emissionselektrode das gleiche Vorzeichen besitzt wie die emittierten Ladungsträger, so dass nur ein aus dem Iiilfselektro- dengebilde in Strahlrichtung vorragender Teil der Emissionselektrode Ladungsträger emittiert. UNTERANSPRÜCHE 1.

   An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfselek- trodengebilde aus einer einzigen kegelförmigen Hilfselektrode (5) besteht (Fug. 1). 2.

   An Potentialeinstellmittel angeschlosse- nes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfselek- trodengebilde (5') unterteilt ist, und dass die Potentialeinstellmittel dessen einzelnen Teilen gegenüber der Emissionselektrode Potentiale verschiedener Grösse, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuführen (Fug. 2 und 3). 3.

   An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelek- trodengebilde (2') unterteilt ist, und dass die Potentialeinstellmittel dessen einzelnen Teilen Potentiale verschiedener Grösse, jedoch gleichen Vorzeichens wie dasjenige der emittierten Ladungsträger zuführen (Fug. 2 und 3). 4.

   An Potentialeinstellmittel angeschlosse- nes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes mechanisch und elektrisch unabhängig voneinander sind. 5.

   An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes miteinander elektrisch gekoppelt sind. 6:

   An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensy-stein nach Unteranspinieh 4, mit zur Hauptbetriebsspannung parallel geschaltetem Widerstand (9-12), dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Potentiale für das Steuerelektrodengebildeund für das Hilfs- elektrodengebilde von mindestens zu Teilen (9; 1.0) des Parallelwiderstandes parallel geschalteten liochohmigen Potentiometern (7; 8) abgenommen werden (Fug. 1). 7.

   An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass .die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes miteinander mechanisch gekoppelt sind. B. An Potentialeinstellmittel angeschlossenes Elektrodensystem nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einstellen des oder der Potentiale des Steuerelektrodengebildes und des oder der Potentiale des Hilfselektrodengebildes derart miteinander gekoppelt sind, dass die Apertur des Ladungsträgerstrahls bei Änderung von dessen Intensität unverändert bleibt.